Leistungsfähige Antriebstechnik für die Robotik – Roboter erobern die Medizintechnik

Um etwas zu bewegen, brauchen Roboter Antriebe, die vielseitige Anforderungen erfüllen. Fast allen Anwendungen gemeinsam ist der geringe Einbauplatz und die Forderung nach kompakten sowie leichten Antriebseinheiten. Es werden außerdem hohe Drehmomente und Präzision, große Dynamik und maximale Leistungsdichte gefordert. Gerade in der Zusammenarbeit mit menschlichen Kollegen müssen Antriebe geräuscharm arbeiten, um die Konzentration nicht zu stören. Zudem sollte die Möglichkeit der Konnektivität geboten sein, damit sie sich mit anderen Komponenten im Roboter-Antriebsverbund zuverlässig verbinden und „austauschen“ können. Besondere Anwendungen fordern Unempfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern, Vakuumfestigkeit oder geringen Energieverbrauch für den mobilen, batteriebetriebenen Einsatz. Ebenso können selbsthemmende Antriebe oder solche mit extrem geringem Spiel gefordert sein. Andernorts ist die Sterilisierbarkeit der Antriebe essentiell. Kurz: Die Anforderungen sind vielfältig und die Ansprüche hoch. Die Experten von FAULHABER blicken auf jahrelange Praxiserfahrung und haben bei den unterschiedlichsten Lösungen mitgewirkt.

Einsatzbereich: der OP-Saal

OP-Roboter sind kaum mehr wegzudenken. Schon heute bieten mehr als 70 Unternehmen Systeme für verschiedene Eingriffe an, zum Beispiel an der Wirbelsäule, dem Knie, im Bauchraum, in der Neuro-Chirurgie, im Hals-Nasen-Ohren-Bereich, bei Biopsien, in der Gynäkologie und Urologie oder auch bei Operationen am Herz. Was für den Einsatz von Robotern im OP-Saal spricht, liegt auf der Hand: Ein Roboter wird nicht müde, bietet höchste Präzision und Schnelligkeit sowie optimale Ergonomie. Experten gehen davon aus, dass sie die Arbeit im OP revolutionieren werden: Der Chirurg steuert dann von einer OP-Konsole via Joysticks die Roboterarme, die für den Eingriff am OP-Tisch eingesetzt werden. Hochdynamische, präzise Antriebssysteme sind für diesen Anwendungsfall gefragt.

Die Vielfalt an Systemen und Konzepten ist erheblich. Je nach Verwendung und der durchzuführenden Operation finden sich in den OP-Sälen die bekannten Robotertypen, insbesondere Gelenkarmroboter, SCARA-Roboter, Hexapod- und Tripod-Roboter sowie die sogenannten Schlangenroboter. Bei diesen werden häufig Seilzüge und Rollen oder Zahnriemen eingesetzt, um die Bewegung von den Antrieben zu übertragen. Geringes Spiel und eine präzise Regelung sind oberstes Gebot.

Jahrelange Erfahrung schafft praxisgerechte Lösungen

Je mehr robotergestütztes Operieren in unterschiedlichsten Disziplinen eingesetzt wird, desto mehr steigt auch der Bedarf an Antriebssystemen. FAULHABER bietet dank der eisenlosen Wicklungstechnik und flacher Drehzahl-/Drehmomentkennlinie die erforderlichen Eigenschaften wie etwa exakte Positionierung und Drehzahlkontrolle. Mit einem riesigen Portfolio an innovativen Miniatur- und Mikroantriebstechnologie und dem modular aufgebauten Baukastensystem lassen sich individuell passende Lösungen bestehend aus Antrieb, Getriebeeinheit und Motion Controller zusammenstellen sowie für besondere Anforderungen modifizieren.

Im OP finden sich aber auch andere Anwendungen für Hochleistungs-Antriebe: Während einer Vollnarkose wird der Patient künstlich beatmet. In der Turbineneinheit des Beatmungsgerätes arbeitet ein bürstenloser DC Motor mit nur 24 Millimeter Durchmesser. Der eingesetzte Antrieb ist nicht nur sehr schnell und geräuscharm über den gesamten Drehzahlbereich, sondern auch sehr dynamisch. Damit ermöglicht er eine annähernd natürliche Beatmung – sowohl für Erwachsene als auch für Kinder und Neugeborene.

Medizinischer Einsatz außerhalb des OP-Saals

Nicht nur bei robotergestützten operativen Eingriffen finden Kleinstantriebe Einsatz in der Medizintechnik. Antriebe stecken zum Beispiel auch in implantierbaren Herzpumpen, chirurgischen Handwerkszeugen, in der Kosmetik und in der medizinischen Bildgebung sowie -verarbeitung. Leistungsstarke Motorfamilien wie die BX4 oder BP4 von FAULHABER sowie die BXT-Baureihe lassen sich mit weiteren Komponenten wie verschiedenen Getrieben, optischen, magnetischen oder absoluten Encodern sowie Speed bzw. Motion Controllern flexibel an anspruchsvolle Robotikanwendungen anpassen.